全 文 ：第 28 卷 第 12 期 干 旱 区 资 源 与 环 境 Vol． 28 No． 12
2014 年 12 月 Journal of Arid Land Ｒesources and Environment Dec． 2014
文章编号:1003 － 7578(2014)12 － 138 － 05
丛枝菌根对蒙古扁桃抗旱性影响研究
*
王琚钢1，高晓敏2，白淑兰1，峥嵘1，3，刘敏1
(1．内蒙古农业大学林学院，呼和浩特 010019;2．内蒙古农业大学农学院，呼和浩特 010019;
3．内蒙古师范大学生命科学与技术学院，呼和浩特 010022)
提 要:选择 4 种 AMF对盆栽 45d的蒙古扁桃幼苗进行单接种和混合接种研究，确定形成 AM后进行自
然干旱胁迫处理并测定各项指标。结果表明:菌根苗完全萎蔫时间最长可推迟 8． 1d;AM共生体可通过提高植
株对磷的吸收、增加可溶性糖含量和提高 SOD活性来提高蒙古扁桃对干旱的耐受力;菌根还可以提高植株地
下生物量和水分利用效率;文中研究的新发现是 AM能增加植株体内脱落酸含量以促使蒙古扁桃部分叶子脱
落来应对干旱胁迫。
关键词:丛枝菌根;蒙古扁桃;干旱;脱落酸
中图分类号:Q945． 78;S714． 3 文献标识码:A
蒙古扁桃(Prunus mongolica)是蔷薇科(Ｒosaceae)李属(Prunus)的多年生灌木，主要分布在蒙古高原
南部的戈壁荒漠区，是该地区重要的景观和水土保持树种［1］。随着荒漠化进程的加剧，戈壁荒漠区原来
占据优势地位绵刺(Potaninia mongolica)和梭梭(Haloxylon ammodendron)等植物群落逐渐消退，而蒙古扁
桃在该地区有大面积的分布，且生长状况很好。有研究证实，在干旱荒漠区，植物的生存高度依赖微生物，
微生物可以通过改善植物代谢状况来增加植物对干旱胁迫的耐受力［2］。在土壤微生物中，丛枝菌根真菌
(arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)的分布十分广泛，AM 共生体在陆地生态系统占据着非常重要的地
位［3］。
在前期研究中研究小组已证实:蒙古扁桃是一种典型的 AM 植物，野外状态下有着很高的 AMF 侵染
率，AM对蒙古扁桃在恶劣戈壁荒漠中生存有着非常重要的作用［1］。文中研究以戈壁荒漠中蒙古扁桃根
际 4 种优势 AMF作为接种材料，测定干旱胁迫后菌根化蒙古扁桃生长、水分吸收、营养吸收以及体内代谢
指标等，以期在生理生化水平上探明 AM如何提高蒙古扁桃的干旱耐受力，最终为分子机理研究中相关基
因的选择提供基础。
1 材料与方法
1． 1 蒙古扁桃幼苗培育
将去内果皮的种子用 10%的 H2O2 消毒 30min，用蒸馏水冲洗后转移到 27℃培养箱中催芽(2d)，然后
将发芽种子种在消毒的育苗盆中，每盆种一株，育苗基质是高温高压灭菌的蛭石，每盆盛基质 550g，幼苗
置于温度为 20 － 25℃，光照时间 14h /d的培养室中，在幼苗生长过程中，每周浇 150mL 稀释一倍的 Hoag-
land营养液。在幼苗生长 45d后进行接种处理。
1． 2 接种和干旱胁迫处理
1． 2． 1 接种
供试菌剂购于北京市农林科学院，4 菌株分别是脆无梗囊霉(Acaulospora delicata，A． d)、蜜色无梗囊
* 收稿日期:2013 － 7 － 24;修回日期:2013 － 8 － 25。
基金项目:国家自然科学基金项目(30860225、31060110) ;内蒙古农业大学创新培养团队项目资助。
作者简介:王琚钢(1987 －) ，男，汉族，河南唐河人，博士研究生，主要从事根际微生物和林业生物技术方面的研究。Email:
wangjugang123456@ 126． com
通讯作者:白淑兰(1960 －) ，女，蒙古族，内蒙古通辽人，教授，博士研究生导师，主要从事根际微生物与菌根生物技术教学和科研工
作。Email:baishulan2004@ 163． com
DOI:10.13448/j.cnki.jalre.2014.12.024
霉(Ac． mellea，A． m)、层状球囊霉(Glomus lamellosum，G． l)和摩西球囊霉(Gl． mosseae，G． m)。研究共设 5
个接种处理，4 菌株的单独接种和一个 4 菌株的混合接种(AM4)，混合接种处理中 4 种菌株的菌剂质量比
为 A． d:A． m:G． l:G． m =2:3:2:3，质量比的确定是依据这四种 AMF 在野外蒙古扁桃根际中出现的频
度［1］。在每株植物根系周围加 15g菌剂。对照处理(CK)加入 15g 灭菌的蛭石。接种后幼苗按 1． 1 中条
件继续培育。在接种 35d后，用打孔器取少量根样，用 KOH染色法［1］观察接种幼苗是否被 AMF侵染。
1． 2． 2 干旱胁迫
在各处理苗木确定已经形成菌根后，停止供水以进行自然干旱胁迫。在干旱胁迫期间注意每天观察
苗木的萎蔫状况，将脱落的叶子收集在 0℃密封良好的容器中。
1． 3 指标测定
1． 3． 1 干旱胁迫前苗木生长指标测定
为避免苗木生长差异对后续实验造成影响，在干旱胁迫前(T0)测定已确定形成菌根的苗木高、地茎、
叶片数、叶长以及叶宽。挑选生长状况基本一致的苗木进行后续实验。
1． 3． 2 生长和水分指标的测定
在干旱胁迫过程中，随机抽取 1． 3． 1 中的苗木 10 株，记录每株苗木叶片首次发生萎蔫的时间(T1)和
全部叶片均发生萎蔫的时间(T2)，同时测定对应时间苗盆总重(W1 和 W2)，计算土壤含水量(SWC1 和
SWC2)。在全部叶片发生萎蔫时测定地上和地下鲜重(Wws和 Wwr)和干重(Wds和 Wdr)。计算出植株的含
水率(MC)(公式 1)和水分利用效率(WUE)［4］(公式 2)。
MC(%)=
(Wws + Wwr)－(Wds + Wdr)
Wws + Wwr
(1)
MUE(‰)=
Wds + Wdr
TWC (2)
其中:TWC是水分消耗总量，是整个实验期间水分总量减去 T2 时土壤水分含量(W2 × SWC2)。
测定生物量的植株样本继续用于测定植株体内全 N和全 P含量。
1． 3． 3 生理生化指标测定
植株全 N，全 P含量测定采用的是浓 H2SO4 － H2O2 消煮法
［5］;ABA 含量在 T2 时间点进行，从 1． 3． 1
中随机抽取 10 株苗木，用酶联免疫法［6］测定;MDA、可溶性糖、脯氨酸含量和 SOD 活性四个指标选择在
T0、T1 和 T2 三个时间点进行测定，测定时随机抽取 10 株苗木，用比色法
［7］测定。
1． 4 数据分析
所有数据用 SAS 9． 0 软件进行方差分析，在 p = 0． 05 水平进行邓肯多重极差检验(n = 10)。
2 结果与分析
2． 1 干旱胁迫前苗木生长指标
在干旱胁迫前，各处幼苗苗高、地茎、叶片数、叶长和叶宽等指标均不存在显著差异(数据未列出)，在
后续试验中可避免因苗木生长状况差异造成的影响。
2． 2 不同处理苗木生长和水分指标变化
从表 1 可发现，与 CK 相比，形成 AM 后蒙
古扁桃在干旱胁迫下叶片首次发生萎蔫的时间
和全部叶片发生萎蔫的时间显著推迟，G． m 处
理植株完全发生萎蔫的时间推迟达 8． 1d，最短
的为 A． d处理，推迟 2． 9d。从对应发生萎蔫时
的土壤含水量来看，形成菌根的植株可以忍耐
更低的土壤含水量，G． m 处理在 T1 和 T2 时土
壤含水量比 CK 分别低 4． 34%和 2． 95%。通
过这两组数据可知:AM 的形成可显著提高蒙
古扁桃的干旱耐受力。
表1可知各处理地上生物量并无明显差
表 1 各处理蒙古扁桃叶片萎蔫时间、对应土壤含水量以及生长状况
Tab． 1 The wilting time，soil moisture content and growth
status of seedlings for different treatments
处理
萎蔫时间(d) 土壤含水量(%) 生物量(g)
T1 T2 T1 T2 地上 地下
叶片
脱落数
A． d 16． 9c 28． 5b 11． 34d 4． 80b 0． 270a 0． 151c 2． 1c
A． m 19． 2b 29． 6b 13． 49b 4． 68c 0． 298a 0． 179bc 2． 7c
G． l 18． 9b 33． 0a 11． 90c 4． 40d 0． 286a0． 217abc 3． 8b
G． m 21． 7a 33． 7a 10． 27e 2． 11e 0． 345a 0． 251a 6． 5a
AM4 20． 9a 34． 1a 10． 10e 2． 16e 0． 309a 0． 247ab 7． 5a
CK 15． 2d 25． 6c 14． 61a 5． 06a 0． 268a 0． 156c 0． 6d
注:同一列中有相同字母表示各处理间无显著性差异(p ＜ 0． 05) ，无相同
字母表示存在显著性差异(p ＞ 0． 05) ，下同。
·931·第 12 期 王琚钢 等 丛枝菌根对蒙古扁桃抗旱性影响研究
异，但 G． m 和 AM4 处理地下生物量与 CK存在显著差异，而这两个处理也正是完全萎蔫发生最晚的。此
外，从表 1 还可以看出，所有形成菌根的处理，在干旱胁迫过程中叶片均发生脱落(最多的平均脱落 7． 5
片)，而 CK处理几乎不脱落。
各处理植株含水率以及水分利用效率(图 1)。从植株含水率看，各接种处理间无显著差异，与 CK存
在显著差异的只有 G． m处理(图 1 － a)。从水分利用效率看，所有菌根植株均与 CK存在显著差异，在五
个接种处理中，G． m 处理和 AM4 处理又与 A． d、A． m、G． l 处理之间存在显著差异，说明不同菌株对水分
利用效率的提高存在差异。水分利用效率最高的两个仍为 G． m和 AM4 处理(图 1 － b)。
图 1 各处理苗木的植株含水率(a)和水分利用效率(b)
Fig． 1 MC (a)and WUE (b)of seedlings for different treatment
图 2 不同处理植株体内 ABA含量
Fig． 2 ABA content of seedlings for different treatments
2． 3 不同处理苗木干旱胁迫期间生化指标变化
图 2 为各处理苗木在 T2 时植株体内 ABA 含量，
从数值上看，G． m和 AM4 处理较 CK 高 2 倍，而这两
个处理正是叶片脱落最多的两个处理。
从表 2 可知:干旱胁迫后，各处理植株全 N 含量
并无差异，但菌根苗全 P含量为 CK的近 2 倍，这表明
菌根形成显著增加了植株对 P的吸收，但对 N的吸收
影响不显著。
在 T0 时，各处理植株中 MDA 含量较低，随着胁
迫进行，MDA 含量开始上升，但 G． m 和 AM4 处理中
MDA含量显著低于 CK，表明此时这两个处理细胞膜
受到损伤较小;对应的 SOD活性变化规律也可以解释
MDA含量变化规律。在 T1 时 G． m 和 AM4 处理的
SOD活性比 CK 分别高 25． 9%和 27． 7%，而 T2 时较
CK高出 193%和 195%，表明菌根共生体在严重干旱条件下对植物细胞的保护十分显著。
表 2 各处理蒙古扁桃体内 6 种生化指标在干旱胁迫期间的变化
Tab． 2 The changes of six kinds of biochemical indices about different treatments in drought stress
处理
丙二醛 (μmol /g) SOD (unit /g) 可溶性糖(%) 脯氨酸 (μg /g)
T0 T1 T2 T0 T1 T2 T0 T1 T2 T1 T2
全 N
(μg /g)
全 P
(μg /g)
A． d 9． 8a 62． 5b 120． 4a 18． 9a 197． 4ab 86． 4a 4． 9b 5． 7b 7． 5b 12． 5a 13． 5a 1878a 2012a
A． m 9． 8a 67． 5b 119． 6a 18． 4a 195． 4ab 65． 3a 4． 2b 5． 5b 7． 3b 12． 6a 12． 8a 1880a 2058a
G． l 9． 9a 66． 3b 117． 3a 18． 9a 185． 4ab 44． 4bc 4． 3b 6． 1b 7． 3b 14． 7a 13． 5a 1886a 2005a
G． m 9． 6a 51． 5c 107． 6a 22． 1a 220． 4a 89． 6a 6． 1a 7． 1a 8． 2a 13． 9a 13． 8a 1877a 2326a
AM4 9． 7a 50． 6c 115． 4a 18． 6a 216． 6a 90． 3a 6． 2a 6． 8a 7． 6a 13． 2a 13． 6a 1856a 2314a
CK 10． 3a 107． 9a 127． 4a 22． 6a 175． 0b 30． 5c 2． 3c 3． 8c 5． 2c 12． 6a 12． 8a 1899a 1287b
蒙古扁桃体内两种渗透调节物质变化规律并不相同，5 个形成菌根的处理在 T0 时体内可溶性糖含量
·041· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 28 卷
已经显著高于 CK处理，表明在干旱胁迫前菌根苗渗透压高，吸水能力较强，随着干旱胁迫的进行，可溶性
糖含量随之升高，此时的变化规律与干旱胁迫前一致。脯氨酸在 T0 时并未累积(数值很小，故在表 2 中未
列出)，在 T1 和 T2 时，脯氨酸含量虽然上升，但各处理间并无显著差异，表明干旱胁迫下菌根形成对蒙古
扁桃体内脯氨酸代谢影响不显著。
3 讨论
据 Marulanda等人［8］对莴苣(Lactuca sativa)的研究结果表明:接种 AMF后其干旱耐受力显著提高，但
不同菌株间作用存在差异，其中根内球囊霉(Gl． intraradices)处理作用最大。文中研究表明，菌根化蒙古
扁桃对干旱的耐受力显著高于未形成菌根的植株，不同菌株对蒙古扁桃干旱耐受力的提高程度也不相同，
摩西球囊霉是对蒙古扁桃干旱耐受力提高效果最好的。所以文中研究结论与 Marulanda 等人的研究一
致。这可能与摩西球囊霉自身的抗逆性强有关［9］。
据报道，AMF在植物根系上定殖后，在正常水分下可以增加植物根系皮层细胞中水孔通道蛋白表达，
在干旱胁迫下则降低其表达，这样可以帮助植物细胞锁住水分，在较低含水量下维持生存［10］。植物水分
利用效率指的是每生产一克干物质消耗的水分，植株的水分利用效率越高，越有利于其在水分短缺的环境
中生存。Bolandnazar等人［4］报道，在水分缺乏的条件下，洋葱(Allium cepa L．)接种根内球囊霉和地表球
囊霉(Gl． versiforme)后，其水分利用效率增大，两个处理中又以根内球囊霉的接种效果最好，这些研究结
果与本研究结果一致。
Smith等人［11］指出，在水分有限的条件下，较大的地上生物量对植物的存活是不利的，此时 AM 不会
对植物地上部分生长表现出明显的促进作用，而是将有限的光合产物运送到根部，形成发达的根系，帮助
植物吸收更多的水分。本研究结果也符合这一规律，即:菌根化显著增加地下生物量。
正常状况下，叶片脱落的原因是植株体内 ABA含量上升。早期研究表明:AM 降低植物体内 ABA 含
量以维持气孔的张开，增加 CO2 的吸收
［12］;但近期研究表明:ABA 在植物体内浓度与棉籽糖(可溶性糖)
含量呈显著正相关［13］。对蒙古扁桃来说，它能在水分极度缺乏、夏季地表温度高达 60℃的戈壁荒漠中正
常生存，菌根化应该是一种重要的抗旱途径，即 AM的形成提高蒙古扁桃体内 ABA含量，促使植株叶片发
生部分脱落，降低蒸腾面积的同时增加体内一些渗透调节物质(如:可溶性糖)的含量来应对干旱胁迫，这
可能就是它在如此恶劣环境中生存的重要机制。
P的缺乏会干扰细胞膜电位，降低植物对水分的吸收，在形成 AM 后，AMF 可以利用其外延菌丝上磷
酸盐转运蛋白增加植物对 P的吸收，进而增加植物对水分的吸收［11］。此外，形成 AM后，植物会增强自身
SOD活力来降低干旱对植物细胞膜造成的损害，同时会在体内增加一些渗透调节物质，比如可溶性糖和
脯氨酸［14］来增加水分吸收。本研究与这些结论基本一致，不同的是 AM似乎对蒙古扁桃体内脯氨酸代谢
没有影响，原因有待于从分子水平探讨。
4 结论
(1)AM的形成提高了蒙古扁桃干旱耐受力，并且显著增加了植株地下生物量和水分利用效率。
(2)AM提高了苗木体内脱落酸含量，促使植株部分叶片脱落来应对干旱胁迫。
(3)AM增加了植株的磷吸收、可溶性糖含量和 SOD活性，降低了蒙古扁桃在干旱胁迫期间所遭受的
膜损伤，但对植株氮吸收和体内脯氨酸含量影响不显著。
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Effects of arbuscular mycorrhiza on the drought tolerance of Prunus mongolica
WANG Jugang1，GAO Xiaomin2，BAI Shulan1，ZHENG Ｒong1，3，LIU Min1
(1． College of Forestry，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010019，P． Ｒ． China;2． College of Agriculture，Inner Mongolia Agricultural
University，Hohhot 010019，P． Ｒ． China;3． College of Life Science and Technology，Inner Mongolia Normal University，Hohhot 010022，P． Ｒ． China)
Abstract:A pot experiment was conducted to evaluate the influence of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF)on
the drought tolerance of Prunus mongolica． Four AMF strains and a mixture of these four strains were inoculated
with the 45 － days － old P． mongolica seedlings． Water stress was imposed to these AM seedlings． Then the re-
lated indices were determined． Our results indicated that mycorrhizal plants could delay plant completely wilting
for 8． 1 days;AM symbiosis improved the phosphorus absorption，soluble sugar content and SOD activity． In ad-
dition，the formation of AM increased the root biomass and water use efficiency of P． mongolica seddlings． The
main discovery of this study was AM increased the ABA contents in P． mongolica to drop parts of the leaves for
dealing with the drought stress．
Key words:arbuscular mycorrhiza;Prunus mongolica;drought;abscisic acid
·241· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 28 卷